เทคโนโลยีแบตเตอรี่รถยนต์ทำงานอย่างไร
ตะกั่วและกรดเป็นสองสิ่งที่คนส่วนใหญ่รู้ดีพอที่จะหลีกเลี่ยง ตะกั่วเป็นโลหะหนักที่อาจทำให้รายการซักผ้าทั้งปัญหาสุขภาพและกรดเป็นกรด การกล่าวถึงคำว่า conjures up ภาพของ bubbling ของเหลวสีเขียวและ cackling บ้านักวิทยาศาสตร์งอเกี่ยวกับการครอบงำโลก
แต่เช่นช็อกโกแลตและเนยถั่วลิสงตะกั่วและกรดก็ดูเหมือนจะไม่ไปด้วยกัน หากไม่มีตะกั่วและกรดเราจะไม่มีแบตเตอรี่รถยนต์และไม่มีแบตเตอรี่รถยนต์เราจะไม่มีอุปกรณ์เสริมที่ทันสมัยหรือ สิ่งจำเป็นพื้นฐานเช่นไฟหน้า ซึ่งต้องใช้ระบบไฟฟ้าในการทำงาน ดังนั้นทั้งสองสารร้ายแรงเหล่านี้จึงถูกรวมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างรากฐานที่แข็งแกร่งและมั่นคงของระบบอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์หรือไม่? คำตอบเพื่อยืมวลีเป็นพื้นฐาน
วิทยาศาสตร์การจัดเก็บพลังงานไฟฟ้า
แบตเตอรี่ไฟฟ้าเป็นเพียงภาชนะที่สามารถเก็บประจุไฟฟ้าได้แล้วนำไปใส่ในโหลด แบตเตอรี่บางชนิดมีความสามารถในการผลิตกระแสไฟฟ้าได้จากส่วนประกอบฐานของแบตเตอรี่ทันทีที่มีการประกอบ แบตเตอรี่เหล่านี้เรียกว่า แบตเตอรี่ปฐมภูมิ และโดยปกติแล้วจะทิ้งเมื่อค่าใช้จ่ายหมดลง แบตเตอรี่รถยนต์ติดตั้งในประเภทต่างๆของแบตเตอรี่ไฟฟ้าที่สามารถชาร์จ, คายประจุและชาร์จใหม่ได้และอีกครั้ง แบตเตอรี่สำรอง เหล่านี้ใช้ปฏิกิริยาทางเคมีย้อนกลับซึ่งแตกต่างจากแบตเตอรี่ชนิดหนึ่งที่สามารถชาร์จใหม่ได้
ในแง่ที่คนส่วนใหญ่สามารถเข้าใจแบตเตอรี่ AA หรือ AAA ที่คุณซื้อที่ร้านติดอยู่ในรีโมทคอนโทรลของคุณและจากนั้นโยนทิ้งเมื่อพวกเขาตายเป็นแบตเตอรี่ปฐมภูมิ โดยทั่วไปแล้วจะมาจากเซลล์สังกะสีคาร์บอนหรือสังกะสีและแมงกานีสไดออกไซด์และสามารถให้กระแสไฟได้โดยไม่ต้องชาร์จไฟ เมื่อพวกเขาตายคุณจะโยนพวกเขาออกไปหรือกำจัดทิ้งอย่างเหมาะสมหากคุณต้องการ
แน่นอนคุณสามารถซื้อแบตเตอรี่ AA หรือ AAA แบบเดียวกันนี้ได้ในแบบฟอร์ม "ชาร์จใหม่" ซึ่งมีค่าใช้จ่ายเพิ่มขึ้น แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟเหล่านี้มักใช้เซลล์นิกเกิลแคดเมียมหรือนิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ ซึ่งแตกต่างจากแบตเตอรี่แบบ "อัลคาไลน์" แบบดั้งเดิมแบตเตอรี่ NiCd และ NiMH ไม่สามารถให้กระแสโหลดเมื่อประกอบ แทนกระแสไฟฟ้าจะถูกนำไปใช้กับเซลล์ซึ่งเป็นสาเหตุของปฏิกิริยาทางเคมีภายในแบตเตอรี่ จากนั้นคุณจะติดแบตเตอรี่ในรีโมทคอนโทรลของคุณและเมื่อมันตายคุณวางไว้ในเครื่องชาร์จและการประยุกต์ใช้กระแสย้อนกลับกระบวนการทางเคมีที่เกิดขึ้นในระหว่างการปลดปล่อย
แบตเตอรี่รถยนต์ที่ใช้ตะกั่วและกรดซัลฟิวริกแทนนิกเกิลโอไซยาไฮดรอกไซด์และโลหะผสมที่ดูดซับด้วยไฮโดรเจนคล้ายกับแบตเตอรี่ NiMH ในการทำงาน เมื่อกระแสไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับแบตเตอรี่ปฏิกิริยาทางเคมีจะเกิดขึ้นและเก็บประจุไฟฟ้า เมื่อแบตเตอรีเชื่อมต่อกับแบตเตอรีปฏิกิริยาดังกล่าวจะย้อนกลับไปและโหลดให้กับโหลด
การเก็บรักษาพลังงานด้วยตะกั่วและกรด
ถ้าใช้ตะกั่วและกรดในการเก็บประจุไฟฟ้าจะเป็นเสียงโบราณก็เป็นได้ แบตเตอรี่กรดตะกั่วแรกที่คิดค้นขึ้นในทศวรรษที่ 1850 และแบตเตอรี่ในรถของคุณใช้หลักการพื้นฐานที่เหมือนกัน การออกแบบและวัสดุมีการพัฒนาตลอดหลายปีที่ผ่านมา แต่แนวคิดพื้นฐานเดียวกันก็คือในการเล่น
เมื่อนำแบตเตอรี่กรดตะกั่วออกมาอิเล็กโทรไลท์จะกลายเป็นสารละลายกรดซัลฟิวริกเจือจางมากซึ่งหมายความว่าส่วนใหญ่เป็นไฮโดรเจนเก่าแก่และ H2SO4 บางตัวลอยอยู่รอบตัว แผ่นตะกั่วที่มีการดูดซึมกรดกำมะถันกลายเป็นส่วนใหญ่นำซัลเฟต เมื่อกระแสไฟฟ้าถูกนำมาใช้กับแบตเตอรี่ขั้นตอนนี้จะกลับรายการ แผ่นซัลเฟตตะกั่วนำ (ส่วนใหญ่) กลับเข้าสู่ตะกั่วและสารละลายกรดซัลฟิวริคเจือจางจะมีความเข้มข้นมากขึ้น
นี่ไม่ใช่วิธีที่มีประสิทธิภาพในการจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพในแง่ของการเปรียบเทียบเซลล์ที่มีขนาดใหญ่และหนักหน่วงกับปริมาณพลังงานที่เก็บ แต่แบตเตอรี่ตะกั่วกรดยังคงใช้ได้อยู่ในปัจจุบันด้วยเหตุผลสองประการ ประการแรกคือเรื่องของเศรษฐศาสตร์ แบตเตอรี่ตะกั่วกรดจะถูกกว่ามากในการผลิตมากกว่าตัวเลือกอื่น ๆ เหตุผลอื่น ๆ ก็คือแบตเตอรี่กรดตะกั่วสามารถให้กระแสไฟฟ้าได้ตามต้องการในเวลาเดียวกันซึ่งทำให้เหมาะสำหรับใช้เป็นแบตเตอรี่เริ่มต้น
วงจรของคุณตื้นคืออะไร?
แบตเตอรี่รถยนต์แบบดั้งเดิมบางครั้งเรียกว่า แบตเตอรี่ SLI โดยที่ "SLI" หมายถึงการเริ่มส่องสว่างและการจุดระเบิด คำย่อนี้อธิบายวัตถุประสงค์หลักของแบตเตอรี่รถยนต์ได้ดีเนื่องจากงานหลักของแบตเตอรี่รถยนต์คือการใช้มอเตอร์สตาร์ทไฟและการจุดระเบิดก่อนที่เครื่องยนต์จะทำงาน หลังจากที่เครื่องยนต์กำลังทำงานเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับจะให้พลังงานไฟฟ้าที่จำเป็นทั้งหมดและจะชาร์จแบตเตอรี่ใหม่
การใช้งานประเภทนี้เป็นวงจรการทำงานที่ตื้นเนื่องจากมีการระเบิดเป็นจำนวนมากในปัจจุบันและนั่นคือสิ่งที่แบตเตอรี่รถยนต์ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะ ด้วยเหตุนี้แบตเตอรี่รถยนต์สมัยใหม่จึงมีแผ่นบาง ๆ ที่เป็นตะกั่วซึ่งช่วยให้ได้รับสารอิเลคโตรไลท์มากที่สุดและให้ค่าแอมแปร์ได้มากที่สุดในช่วงเวลาสั้น ๆ การออกแบบนี้เป็นสิ่งจำเป็นเนื่องจากความต้องการในปัจจุบันของมอเตอร์สตาร์ท
ในทางตรงกันข้ามกับการเริ่มใช้งานแบตเตอรี่แบตเตอรี่ลัดวงจรเป็นแบตเตอรี่ประเภทตะกั่วกรดชนิดอื่นที่ออกแบบมาสำหรับรอบ "ลึก" การกำหนดค่าของจานแตกต่างกันดังนั้นจึงไม่เหมาะที่จะให้กระแสไฟฟ้าตามต้องการจำนวนมาก แต่ถูกออกแบบมาเพื่อให้พลังงานน้อยลงสำหรับระยะเวลานาน วงจรเป็น "ลึก" เพราะมีความยาวมากกว่าการปล่อยโดยรวมเป็นขนาดใหญ่ แตกต่างจากแบตเตอรี่ที่เริ่มต้นซึ่งจะ ชาร์จใหม่โดยอัตโนมัติหลังจากใช้งานทุกครั้ง แบตเตอรี่ลัดวงจรสามารถคายประจุแบตเตอรี่ได้อย่างช้าๆจนอยู่ในระดับที่ปลอดภัยก่อนที่จะชาร์จใหม่อีกครั้ง เช่นเดียวกับการเริ่มใช้งานแบตเตอรี่แบตเตอรี่กรดแบบลึก จะต้องไม่ปล่อยออกมาต่ำกว่าระดับที่แนะนำ เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายถาวร
แพคเกจที่แตกต่างกันเทคโนโลยีเดียวกัน
แม้ว่าเทคโนโลยีพื้นฐานที่อยู่เบื้องหลังแบตเตอรี่กรดตะกั่วจะยังคงเหมือนเดิม แต่ความก้าวหน้าในด้านวัสดุและเทคนิคมีผลทำให้เกิดรูปแบบต่างๆ แบตเตอรี่ลัดวงจรแน่นอนใช้การกำหนดค่าจานที่แตกต่างกันเพื่อให้สามารถทำงานได้ลึกขึ้น รูปแบบอื่น ๆ มีผลต่อไปเรื่อย ๆ
ความก้าวหน้าที่ใหญ่ที่สุดในด้านเทคโนโลยีแบตเตอรี่ตะกั่วอาจเป็นแบตเตอรี่ตะกั่วกรด (VRLA) ที่ควบคุมโดยวาล์ว พวกเขายังคงใช้กรดตะกั่วและกรดซัลฟิวริก แต่ไม่มี "น้ำท่วม" เซลล์เปียก แต่ใช้เซลล์เจลหรือแผ่นใยแก้วดูดกลืน (AGM) สำหรับอิเล็กโทรไลต์ กระบวนการทางเคมีจะเหมือนกันในระดับพื้นฐาน แต่แบตเตอรี่เหล่านี้ไม่ได้ถูกปิดกั้นเช่นแบตเตอรี่เซลล์ที่ถูกน้ำท่วมหรือไม่เสี่ยงต่อการรั่วซึมหากมีปลายแหลม
ถึงแม้แบตเตอรี่ VRLA จะมีข้อได้เปรียบ แต่ก็มีราคาแพงกว่าแบตเตอรี่เซลล์แบบเดิม ดังนั้นในขณะที่เทคโนโลยียังคงเดินขบวนไปเรื่อย ๆ มีโอกาสที่คุณจะยังคงขับรถไปรอบ ๆ ด้วยเทคโนโลยียุค 1860 ที่ทันสมัยภายใต้ประทุนของคุณเป็นเวลานานจนกว่าจะได้ใช้ไฟฟ้า แต่นั่นเป็นเรื่องที่แตกต่างกันทั้งในแง่ของแบตเตอรี่